Gas emission funnels as an object of geocryology (Part 3 "Local gas dynamic geosystems")
- Authors: Khimenkov A.N.1, Stanilovskaya J.V.1
-
Affiliations:
- Issue: No 4 (2025)
- Pages: 257-290
- Section: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/2453-8922/article/view/365829
- EDN: https://elibrary.ru/QEEPFU
- ID: 365829
Cite item
Full Text
Abstract
The object of study in this publication is local cryogenic gas-dynamic geosystems, the development of which leads to pneumatic explosions and the formation of gas emission craters. The subject of the research is cryogenic formations recorded in frozen rocks composing the gas emission craters discovered in northern Western Siberia. The authors provide a detailed examination of the cryogenic formations found in various elements of the craters, analyzing their structure, morphology, plastic, and brittle deformations. Special attention is given to the processes that could have led to the formation of certain cryogenic elements, such as ring structures, cellular ice, and fracture structures on the crater surfaces. Due to the insufficient study of many cryogenic processes recorded in the craters, analogies from other fields of technical and natural sciences were widely used. Currently, researchers are primarily focused on searching for hypothetical schemes linking the genesis of gas with the formation of gas emission craters. The authors of this work have shown that without considering the cryogenic factor, it is impossible to address the problem of pneumatic explosions in permafrost, even in the context of gas genesis. The main method used in this article is the analysis of scientific publications on the topic under consideration, as well as data from laboratory modeling conducted by the authors. The synthesis of the analyzed materials was carried out based on a geosystem approach. The novelty of the research lies in the justification of the cryogenic basis for the staged development of the gas dynamic geosystem in frozen rocks, which conditions the preparation for pneumatic explosions and the formation of gas emission craters. For the first time, four stages of development of the cryogenic gas dynamic geosystem in frozen rocks have been identified. The first stage is the initial formation of a gas-saturated zone with increased pressure of the subsurface gas, located at the base of the gas dynamic geosystem. The second stage is the formation of a transit zone for the redistribution of subsurface gas. The concluding stage is where the gas pressure at its upper part reaches values exceeding the strength of the overlying soils. The final stage of development of the cryogenic gas dynamic geosystem is the pneumatic explosion that forms the gas emission crater. The main conclusions of the conducted research are as follows: the processes preparing for the formation of gas emission craters are cryogenic. They are determined by the structural-textural features of frozen rocks, mass transfer processes, and phase transitions occurring within them, as well as their strength and deformation properties.
About the authors
Aleksandr Nikolaevich Khimenkov
Email: a_khimenkov@mail.ru
Julia Viktorovna Stanilovskaya
References
Хименков А. Н., Станиловская Ю. В. Воронки газового выброса, как объект геокриологии. Часть 1 // Арктика и Антарктика. 2025. № 2. С. 1-14. Хименков А. Н., Станиловская Ю. В. Воронки газового выброса, как объект геокриологии. Часть 2. Кольцевые структуры, сотовые льды // Арктика и Антарктика. 2025. № 3. С. 1-13. Moss J.L., Cartwright J. 3D seismic expression of km/scale fluid escape pipes from offshore Namibia // Basin Research. 2010. Vol. 22. No. 4. P. 481-501. doi: 10.1111/j.1365-2117.2010.00461.x. EDN: MYVQHJ. Cartwright J., Santamarina C. Seismic characteristics of fluid escape pipes in sedimentary basins: Implications for pipe genesis // Marine and Petroleum Geology. 2015. Vol. 65. P. 126-140. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2015.03.023. EDN: UVHWDL. Рыбак Е.Н., Ступина Л.В. Покмарки Черного моря // Геологія і корисні копалини Світового океану. 2019. Т. 15. No. 2. С. 16-34. doi: 10.15407/gpimo2019.01.016. EDN: VDDNQT. Щёлокова Д.В. Нетрадиционные углеводороды как источник неисчерпаемости топливно-энергетических ресурсов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. No. 1. С. 120-126. EDN: VZYTVJ. Shiyun Lei, Xiujun Guo, Haoru Tang. Experiment and analysis of the formation, expansion and dissipation of gasbag in fine sediments based on pore water pressure survey // Acta Oceanologica Sinica. 2022. Vol. 41. No. 4. P. 91-100. doi: 10.1007/s13131-021-1851-x. EDN: RXUXAS. Хименков А.Н., Кошурников А.В., Дернова Е.О. Газонасыщенные мёрзлые породы, как объект изучения геокриологии // Арктика и Антарктика. 2023. № 1. С. 26-64. doi: 10.7256/2453-8922.2023.1.40378 EDN: PLNGUD URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=40378 Арэ Ф.Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. Т. II. No. 4. С. 42-50. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 2: Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения. М.: ООО "Газпром Экспо", 2013. 424 с. Ленченко Н.Н. Динамика подземных вод. М.: МГГУ, 2004. 65 с. Bull J.M., Berndt C., Minshull T.A. et al. Constraining the physical properties of chimney/pipe structures within sedimentary basins. 14th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-14. 21st–25th October 2018, Melbourne, Australia. 2018. Хименков А.Н., Сергеев Д.О., Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б. Взрывные процессы в области распространения многолетнемерзлых пород - новый вид геокриологической опасности // Геоэкология. 2019. No. 6. С. 30-41. doi: 10.31857/S0869-78092019630-41. EDN: JRXQRV. Бобин В.А. Концептуальная модель геомеханических и взрывных процессов при формировании и развитии "Ямальского кратера" // Инженерная физика. 2021. No. 5. С. 47-56. doi: 10.25791/infizik.5.2021.1209. EDN: LCRNAB. Цытович Н.А. Механика мёрзлых пород. М.: Высшая школа, 1973. 448 с. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. 447 с. Микростроение мёрзлых пород / под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1988. 183 с. Основы геокриологии. Ч. 1: Физико-химические основы геокриологии / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 368 с. Галеева Э.И., Курчатова А.Н., Рогов В.В., Слагода Е.А. Сравнительный анализ строения полигонально-жильных и пластовых льдов // Материалы пятой конференции геокриологов России. МГУ имени М.В. Ломоносова, 14-17 июня 2016 г. Т. 2. Часть 5. Региональная и историческая геокриология. Москва: Университетская книга, 2016. С. 291-297. EDN: YOLUOB. Стриха В.Е. Методическое пособие по дисциплине "Структурная геология", краткий курс лекций: учебное пособие. Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2012. 152 с. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с. Паталаха Е.И. Новая концепция дислокационного процесса // В кн.: Экспериментальная тектоника в теоретической и прикладной геологии. М.: Наука, 1985. С. 37-50. Хилимонюк В.З., Оспенников Е.Н., Булдович С.Н., Гунар А.Ю., Горшков Е.И. Гео-криологические условия территории расположения Ямальского кратера // V конференция геокриологов России. М.: Издательство Московского университета, 2016. Т. 2. С. 245-255. Supplementary Materials for Cryovolcanism on the Earth: the Origin of the Spectacular Crater on Yamal Peninsula (Russia) S.N. Buldovicz et al. // Scientific reports. 2018. Vol. 8. doi: 10.1038/s41598-018-31858-9. Соломатин В.И. Физика и география подземного оледенения. Новосибирск: Акад. изд-во “Гео”, 2013. EDN: VNJXSZ. Лейбман М.О., Кизяков А.И. Новый природный феномен в зоне вечной мерзлоты // Природа. 2016. № 2. С. 15-24. Круковская В.В. К расчету фильтрации газа в трещиновато-пористой неоднородной среде // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. Вып. 51. С. 257-265. Тур В.В., Молош В.В. К определению сопротивления срезу при проверках на продавливание плоских плит монолитных перекрытий // Вестник Брестского государственного технического университета. 2011. № 1. С. 21-32. Ahmad Mahmoud Abdullah. Analysis of Repaired/Strengthened R.C. Structures Using Composite Materials: Punching Shear. A thesis submitted to The University of Manchester for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering and Physical Sciences. 2010. 272 p. Свидунович Н.А., Окатова Г.П., Куис Д.В. Материаловедение и технология конструкционных материалов: лабораторный практикум с использованием металлографического комплекса. Минск: БГТУ, 2011. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Безопасность длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов. М.: Недра-Бизнесцентр, 2003. Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели. Новосибирск: Издво СО РАН, 2000. EDN: FKQBVK. Цветков B.M., Сизов И.А., Сырников Н.М. О механизме дробления твердой среды взрывом // Доклады АН СССР. 1976. Т. 231. № 5. С. 1067-1069. Вольфсон Ф.И., Яковлев П.Д. Структуры рудных полей и месторождений. Недра, Москва, 1975. 248 с. Горная энциклопедия. Т. 5. Советская энциклопедия, Москва, 1991. 435 с. Алидибиров М.А. Механизм фрагментации сильновязкой магмы при вулканических взрывах (экспериментальное исследование): автореф. дис. … д. ф.-м. н. М., 1998. 44 с. EDN: ZKFVYJ. Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели. Новосибирск: Издво СО РАН, 2000. Панов В.К. Применение линейной теории нестационарной фильтрации для анализа экспериментов по разрушению пористого газонасыщенного материала // Вестник краунц. науки о Земле. 2009. № 1. Вып. № 13. С. 89-97. EDN: KTZSYN. Панов В.К. Экспериментальное моделирование процессов при извержении типа "направленный взрыв" // Проблемы эксплозивного вулканизма. Материалы международного симпозиума. Петропавловск-Камчатский, 25-30 марта. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2006. С. 49-57. Лейбман М.О., Плеханов А.В. Ямальская воронка газового выброса // Холод'ОК. 2014. № 2(12). С. 9-15. Bogoyavlensky V.I., Bogoyavlensky I.V., Nikonov R., Kishankov A. Complex of Geophysical Studies of the Seyakha Catastrophic Gas Blowout Crater on the Yamal Peninsula, Russian Arctic // Geosciences. 2020. Vol. 10. P. 215. Богоявленский В.И., Сизов О.С., Мажаров А.В. и др. Дегазация Земли в Арктике: дистанционные и экспедиционные исследования катастрофического Сеяхинского выброса газа на полуострове Ямал // Арктика: экология и экономика. 2019. № 1(33). С. 88-105. doi: 10.25283/2223-4594-2019-1-88-105. EDN: TUHSJS.
Supplementary files
